Sci. Adv.:N掺杂空心碳球纤维负载Sn纳米颗粒作为骨架实现无枝晶锌金属负极

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由于具有高的化学稳定性、资源丰富、低的毒性、高的理论比容量和低的氧化还原电位,锌金属负极被认为是水系锌离子电池(ZIBs)的理想负极。然而,锌枝晶和有害的副反应阻碍了ZIBs的实际应用。

近日, 南洋理工大学楼雄文教授和北京化工大学于乐教授等人开发了一种三维混合纤维骨架,由嵌入Sn纳米颗粒(表示为Sn@NHCF)的互连N掺杂空心碳球组成,作为高性能锌金属电池负极。
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图 1、(A)Sn@NHCF合成示意图。SiO2纳米球(B和F)、SiO2@SnO2核壳纳米球(C和G)、SnO2空心球(D和H)和SSR空心球(E和I)的FESEM图像和TEM图像。

【本文要点】
要点1.具有大比表面积的3D导电框架使电流分布均匀,实现了相对紧凑的电沉积形貌。同时,中空纤维为Zn沉积提供了足够的空间,有效地降低了电镀/剥离过程中的结构应力,增强了结构稳定性。

要点2. 亲锌的Sn纳米颗粒和N掺杂碳能够使Zn均匀沉积在中空纤维的内外表面。此外,对HER具有弱电催化性能的Sn可防止电池内析氢。

要点3. 受益于这些优势,在Sn@NHCF电极上沉积Zn具有低的成核过电位。因此,Sn@NHCF骨架作为锌金属电池负极实现了高的库仑效率、低的电压极化和优异的循环稳定性。此外,基于Sn@NHCF-Zn复合负极和V2O5正极的全电池表现出出色的倍率性能和长的循环寿命。

总之,这项工作为设计用于实际应用的无枝晶锌负极提供了新的策略。
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图 2、(A)Sn@NHCF-Zn||V2O5电池示意图。(B)Sn@NHCF-Zn||V2O5和Zn||V2O5的倍率性能。(C)Sn@NHCF-Zn||V2O5在不同倍率下的充放电曲线。(D)Sn@NHCF-Zn||V2O5和Zn||V2O5的CV曲线。(E) Sn@NHCF-Zn||V2O5和Zn||V2O5在1 A g-1下的循环性能。

Huan Yu, et al. Confining Sn nanoparticles in interconnected N-doped hollow carbon spheres as hierarchical zincophilic fibers for dendrite-free Zn metal anodes. Sci. Adv., 2022, https://doi.org/10.1126/sciadv.abm5766

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